Меню

Измерение скорости вращения шпинделя



Измерение скорости вращения шпинделя

Добрый день уважаемые читатели, сегодня я хочу затронуть вот такую тему, что такое скорость вращения шпинделя жесткого диска, как ее определить, и понять какая скорость хорошая, а какая нет. Думаю это будет интересно начинающим инженерам систем хранения данных, так как от понимания данной темы будет зависеть производительность СХД систем, а именно сколько ваш дисковый массив сможет на себе тащить, без тормозов и аварий. Мне в момент начала моей трудовой деятельности не хватала данной информации в русскоязычном сегменте и чтобы все было структурировано, так что прошу любить и жаловать.

Скорость вращения шпинделя

Каждый из нас хочет, чтобы все его сервисы и оборудование быстро работало, и поставить в свои системы хранения данных, не у всех есть возможность по втыкать быстрые SSD диски, и единственным решением остаются жесткие диски. При оценке производительности жестких дисков наиболее важной характеристикой является скорость передачи данных. При этом на скорость и общую производительность влияет целый ряд факторов:

  • Первый фактор это через какой интерфейс вы подключите жесткий диск, на выбор SATA/IDE/SCSI/SAS, логично, что каждый из них имеет свою скорость передачи данных. SCSI могут передавать данные до 80 мегабайт / сек, IDE последние версии могут иметь поддержку скорости передачи данных до 133 МБ/с, SATA до 6 Гбит / сек, SAS до 12 Гбит.
  • Объем кэша или буфера жесткого диска. Увеличение объема буфера позволяет увеличить скорость передачи данных.
  • Поддержка NCQ, TCQ и прочих алгоритмов повышения быстродействия
  • Объем диска, чем больше данных можно записать, тем больше времени нужно на чтение информации.
  • Плотность информации на пластинах.
  • И даже файловая система влияет на скорость обмена данных.

Устройство HDD

Давайте рассмотрим физическое устройство жестких дисков, чтобы понять из каких деталей он состоит.

  • Считывающая головка
  • Соленоидный привод
  • Шпиндель
  • Пластины
  • Питание
  • Интерфейс подключения

  • Головка чтения/записи
  • Постоянный магнит
  • Поворотная рамка позиционера
  • Коммутатор-предусилитель блока головок

Что такое шпиндель

Винчестер представляет собой набор из одной или нескольких герметизированных пластин в форме дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала и считывающих головок в одном корпусе. Пластины приводятся в движение при помощи шпинделя (вращающегося вала). Пластины жесткого диска закреплены на шпинделе на строго определенном расстоянии. При вращении пластин расстояние должно быть таким, чтобы считывающие головки могли читать и записывать на диск, но при этом не касались поверхности пластин.

Двигатель шпинделя должен обеспечивать стабильное вращение магнитных пластин на протяжении тысяч часов, чтобы диск нормально функционировал. Неудивительно, что иногда проблемы с диском связаны с заклиниванием шпинделя, и вовсе не являются ошибками в файловой системе.

Двигатель отвечает за вращение пластин, и это позволяет работать жесткому диску. Благодаря отсутствию контакта, жесткий диск можно перезаписать в среднем 100 тысяч раз. Также на продолжительность работы диска влияет герметический корпус (гермозона), благодаря которому внутри корпуса HDD создается пространство, очищенное от пыли и влаги.

Вот как выглядят шпиндели, у каждого производителя они немного внешне могут отличаться. Это вот шпиндели от винтов Samsung.

или вот еще подборочка.

spindle speed или по русски скорость вращения шпинделя, определяет насколько быстро вращаются пластины в нормальном режиме работы жесткого диска. Она измеряется в RpM, то есть оборотах в минуту. От RpM скорости, будет зависеть на сколько быстро будет работать ваш компьютер, а именно как быстро компьютер может получить данные от жесткого диска.

Время, которое требуется для блока магнитных головок, чтобы перейти к запрошенной дорожке/цилиндру называется время поиска (seek latency или задержкой). После того как считывающие головки переместятся в нужную дорожку/цилиндр, мы должны дождаться поворота пластин, чтобы нужный сектор оказался под головкой — это задержки на вращение (rotational latency time). И это является прямой функцией скорости шпинделя. То есть, чем быстрее скорость шпинделя, тем меньше задержки на вращение.

Общие задержки на время поиска и задержки на вращение и определяют скорость доступа к данным. Во многих программах для оценки скорости hdd это будет параметр access to data time. Более подробно о s.m.a.r.t показателях вы можете почитать по ссылке слева.

Влияние скорости вращения шпинделя жесткого диска

Винчестеры бывают двух форматов LFF и SFF, если рассказать в двух словах, то один имеет формат 2,5 дюйма, а второй 3,5. Формат 2,5 чаще всего идет либо в серверах или в ноутбуках, а второй так же в серверах и обычных системных блоках.

Читайте также:  Селенсия семь измерений искусство управления осознанием

Если посмотреть среднюю скорость стандартных 3,5 » жестких дисков, то это скорость вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Время совершения половины оборота в среднем (Avg. Rotational Latency) для таких дисков 4,2 мс. Эти диски обычно имеют среднее время поиска около 8,5 мс, что дает средний доступ к времени данным около 12,7 мс.

Есть диски, которые имеют скорость вращения магнитных пластин 10000 оборотов в минуту. Это уменьшает среднее время задержки на вращение до 3 мс. У Рапторов также и пластины меньшего диаметра, что позволило сократить среднее время поиска до

5,5 мс. Итоговое среднее время доступа к данным примерно 8,5 мс.

Есть несколько моделей SCSI (например, Seagate Cheetah), у которые скорость вращения шпинделя 15 000 оборотов в минуту, и еще меньшие пластины. Среднее время Rotational Latency 2 мс (60 сек / 15 000 RPM / 2), среднее время поиска — 3,8 мс, и среднее время доступа к данным — 5,8 мс.

Диски с высокой частотой вращения шпинделя имеют низкие значения времени поиска и Rotational Latency даже при произвольном доступе. Жесткие диски с частотой шпинделя 5600 и 7200 обладают меньшей производительностью.

При этом при последовательном доступе к данным большими блоками разница будет несущественна, так как не будет задержки на доступ к данным, поэтому для жестких дисков рекомендуется регулярно делать дефрагментацию.

У 2,5 коллег, скорость так же скачет от 5400 до 15 000 оборотов в минуту.

Определяем скорость вращения шпинделя жесткого диска

Тут я для вас америку не открою, скорость вращения шпинделя жесткого диска определить, не то что просто, а очень просто, тут два варианта. Если у вас есть возможность физически посмотреть на этикетку расположенную на диске, то вы сможете увидеть вот такой показатель RPM в данных примерах это 7200RPM.

Если же у вас жесткий диск стоит в устройстве или сервере, то скорость вращения шпинделя жесткого диска будем смотреть в специальных программах, коих куча, могу посоветовать

Конечно, чем выше скорость вращения шпинделя, тем быстрее диск, но есть и обратная сторона медали, с увеличением скорости вращения пластин диск сильнее нагревается и становится более шумным. Это может компенсироваться технологией, WD IntelliPower, которая уменьшает энергопотребление и шум за счет снижения скорости вращения шпинделя. А потерю производительности частично компенсируют оптимизацией алгоритмов кэширования. Похожая технология у HGST с целью сокращения энергопотребления называется CoolSpin.

Выводы

Думаю, вы в очередной раз убедились, что по возможности нужно переходить на твердотельные диски, так как они имеют много приимуществ

  • Не нагреваются
  • Нет механических деталей, если упадет, то ничего ему не будет
  • Скорость в разы быстрее
  • Долговечнее
  • Но к сожалению имеют меньший объем и стоят пока дороже, хотя эта грань каждый год уменьшается.

Источник

Определение частоты вращения шпинделя по расчетной

При составлении технологической карты токарной или фрезерной обработки специалисту нужно найти оптимальный баланс между производительностью станка и требованиями к чистоте поверхности готовой детали. Основные параметры, на которые он может повлиять — это частота вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор режимов обработки проводится расчетным или опытным путем.

Сложность работы на портальных фрезерно-гравировальных станках состоит в их многозадачности. В одной управляющей программе может быть несколько видов обработки: контурная резка, фрезерование пазов и сквозных отверстий, гравирование. При этом материалы — дерево, пластик и композиты, различаются сопротивлением резанию и структурой. Многие начинающие операторы сталкиваются с такими неприятными моментами как прижог, недостаточная чистота обработки, преждевременный износ режущей кромки. Ниже мы постараемся дать общие рекомендации о настройке скорости шпинделя и подачи без сложных расчетов.

Что такое скорость вращения шпинделя и подача?

Скорость вращения — один из основных параметров шпинделя. Он выражается в оборотах в минуту (об/мин) или герцах (Гц). В портальных станках с ЧПУ не используется сложных по конструкции механических коробок передач и скорость регулируется электронными компонентами. С увеличением скорости вращения растет производительность станка и снижается ресурс режущего инструмента. Последнее связано с выделением избыточного количества тепла, которое не успевает рассеиваться. В результате перегрева падает твердость режущих кромок, и они теряют свою остроту.

Скорость подачи, или линейного перемещения, измеряется в миллиметрах в минуту (мм/мин) и влияет на объем снимаемого материала в единицу времени. На портальных станках без механизма вращения заготовки регулируются скорости перемещения портала, каретки и вертикального движения шпинделя. При составлении управляющих программ стараются задать максимально возможные подачи, при этом должно выполняться условие сохранения целостности фрезы. Избыточная скорость приводит к появлению сколов на режущих кромках поломка или деформация хвостовика.

Читайте также:  Измерения описание 5 измерение

Ряд частот вращения шпинделя

За предельными значениями частот вращения шпинделя станка определяют его диапазон регуляции. На станке используется двухскоростной электродвигатель. В таком случае он рассматривается как электрическая группа с числом передач и характеристикой

Электродвигатель выступает как первая преодолимая группа.

Промежуточные значения частот вращения шпинделя располагают по закону геометрической прогрессии со знаменателем:

где – число степеней регуляции частот вращения шпинделя, .

Полученное за этой формулой значение знаменателя округляем к ближайшему значению, которое предусмотрено нормалью станкостроения НІІ-І: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2,0. Для нашего случая принимаем .

Из нормали НІІ-І выписываем 21 значение частот вращения шпинделя, приняв в качестве наибольшего ближайшее стандартное значение, что характерное для такого станка – 2500 об/мин.: 2500; 2000; 1600; 1250; 1000; 800; 630; 500; 400; 315; 250; 200; 160; 125; 100; 80; 63; 50; 40; 31,5; 25.

Распространенные ошибки при выборе режимов резания

Одно из важных условий правильной работы станка — согласование скоростей вращения и подачи фрезы между собой. Некоторые начинающие станочники при выборе режимов резания допускают ошибки в попытках сохранить инструмент.

Работа на минимальных скоростях приводит к снижению качества обработки. Если величина подачи сопоставима с толщиной режущей кромки, то вместо снятия стружки фреза надавит на заготовку и будет только шлифовать ее своей поверхностью. Чтобы понять, что в этот момент происходит с обрабатываемой поверхностью, представьте, что вы включили реверс на шпинделе, в котором зажато спиральное сверло, и пытаетесь «продавить» отверстие. На высоких оборотах будет наблюдаться прижог обрабатываемой поверхности и режущей кромки, отгибание фрезы.

Обратная ситуация, когда при высокой подаче шпиндель работает на малых оборотах, заставит фрезу снимать слишком толстую стружку. Из-за высокой нагрузки откалываются режущие кромки, а на обрабатываемой поверхности будут оставаться заметные «следы».

Для каждой фрезерной операции существует оптимальное соотношение скоростей подачи и вращения инструмента, на которых обработка будет проходить с достаточной скоростью и точностью. Это не фиксированные величины, а диапазоны. Поломка или преждевременный износ будут наблюдаться при критической ошибке.

Обработка чаще всего состоит из двух этапов: чернового, направленного на максимальный съем материала и чистового, при котором достигается требуемая шероховатость поверхности. Для чистового прохода снижают скорость подачи при сохранении оборотов шпинделя, а в станках со сменой режущего инструмента его выполняют другой, чистовой, фрезой.

Рекомендации по выбору режимов резания

Существует несколько типичных ситуаций, при которых можно воспользоваться общими рекомендациями.

Слишком большие обороты шпинделя

Иногда минимальные обороты станка все равно оказываются слишком высокими. Обычно это наблюдается при обработке твердых материалов фрезами больших диаметров. Можно использовать следующие варианты решения:

  1. Заменить фрезу из быстрорежущей стали на твердосплавную, по возможности — с покрытием, которое работает при повышенных температурах.
  2. Уменьшить диаметр фрезы. При этом снизится окружная скорость, с которой движется режущая кромка.
  3. Использовать технологию HSM. Высокоскоростная обработка позволяет повысить частоту вращения шпинделя и скорость подачи без увеличения износа режущего инструмента. Первый проход выполняется на полную ширину фрезы, а все последующие — на ¼ диаметра.

Слишком малая скорость подачи

В ситуациях, когда привода перемещения не могут обеспечить требуемую скорость подачи, можно поступить следующим образом:

  1. Уменьшать скорость вращения шпинделя вплоть до минимально допустимой мощности.
  2. Использовать фрезу с меньшим количеством зубьев. Такое решение дает хорошие результаты при работе с вязкими материалами, поскольку улучшаются условия отвода стружки с обрабатываемой поверхности. Замена фрезы с 3 зубьями (заходами) на однозаходную фактически означает увеличение скорости подачи в 3 раза (на каждый зуб).
  3. Использовать фрезу большего диаметра.

Налипание стружки при фрезеровании алюминия

Из-за относительно низкой температуры плавления алюминий имеет свойство налипать на поверхность фрезы. Многие начинающие фрезеровщики пытаются решить эту проблему регулированием оборотов шпинделя или скоростей перемещения. В результате оптимальный для фрезы режим резания становится неоптимальным для владельца предприятия: скорость обработки оказывается слишком низкой.

Главная причина налипания стружки — недостаточная подача или неправильный состав СОЖ. Если у станка нет возможности подавать смазочно-охлаждающую жидкость, необходимо организовать вакуумное удаление стружки или продувку сжатым воздухом.

Работа с глубокими отверстиями

Если глубина отверстия в 6 и более раз превышает его диаметр, оно считается глубоким. Неопытные станочники часто сталкиваются с такими проблемами как уход инструмента с оси и его поломка. Существует несколько приемов, которые позволят выполнить обработку точно и без потерь:

  1. Пользоваться сверлами, а не фрезами. По возможности они должны иметь параболические канавки, которые обеспечивают лучший отвод стружки.
  2. Подавать СОЖ под давлением. Жидкость будет вымывать стружку из отверстия.
  3. По возможности производить последовательную обработку двумя сверлами с разными диаметрами: проходить половину глубины отверстия меньшим диаметром и рассверливать до чертежного. Затем пройти отверстие до конца.
  4. При работе одним сверлом как можно чаще вынимать его из отверстия для удаления стружки.
  5. Увеличить скорость подачи, чтобы стружка представляла собой непрерывную спираль.
Читайте также:  Средств измерений подлежат государственному метрологическому контролю

Как фрезеровать пазы?

При фрезеровании торцов деталей и внутренних поверхностей пазов цилиндрическими фрезами важно выбрать правильное соотношение ширины и глубины снимаемого материала в соответствии с максимальными скоростными возможностями станка. При увеличении глубины фрезерования нагрузка на канавки распределяется более равномерно, но вместе с этим наблюдается более сильный отгиб режущего инструмента. Кроме того, ухудшаются условия удаления стружки. При увеличении ширины снимаемого материала существует возможность увеличения скорости вращения шпинделя. Однако есть некоторые граничные значения частот, при которых скорость съема материала начинает падать.

Единственный способ получения оптимального сочетания этих двух параметров — тестирование станка в разных режимах. При этом материал «пробной» и «рабочей» заготовок должен быть одинаковым.

Сотрудники компании MULTICUT посвятили много времени изучению режимов обработки разных материалов. Выбор базовой комплектации станков собственного производства выполнялся с учетом полученного опыта. Сотрудники компании готовы оказать консультационную и практическую помощь в освоении оборудования и выборе оптимальных режимов резания. Любой желающий может поработать на действующем станке MULTICUT в демонстрационном центре и получить советы опытных мастеров. Получить консультации и справки можно, позвонив по контактному телефону.

Число оборотов в станках

Значение чисел оборотов современных металлорежущих станков колеблется в широких пределах, поскольку на них обрабатываются заготовки из различных материалов и различных диаметров.

Предельные числа оборотов станка находят по наибольшим и наименьшим обрабатываемым диаметрам и допускаемым предельным скоростям резания:

nmax = 1000 υmax / π Dmin; nmin = 1000 υmin / π Dmin,

где nmin и nmax — наименьшее и наибольшее числа оборотов шпинделя в об/мин; υmin и υmax — наименьшая и наибольшая допускаемые скорости резания в м/мин; Dmin и Dmax — наименьший и наибольший диаметры обрабатываемой заготовки или вращающегося инструмента в мм.

В станках, не имеющих бесступенчатого регулирования, числа оборотов изменяются по закону геометрического ряда, т. е.

n1 = nmin; n2 = n1 φ; n3 = n2 φ = n1 φ2; …; nmax.

В соответствии с этим наибольшее число оборотов при ступенях будет:

а знаменатель геометрического ряда будет

где D — диапазон регулирования чисел оборотов, т. е. отношение максимального числа оборотов шпинделя к минимальному; Z — число членов геометрической прогрессии (число скоростей).

Геометрический ряд чисел оборотов имеет то преимущество, что относительная потеря скорости резания (при использовании меньшего числа оборотов шпинделя против требуемого) остается постоянной для всех интервалов чисел оборотов. Действительно, относительная потеря Δυ скорости между двумя соседними (смежными) числами оборотов n2, и n1 представляет собой перепад скоростей:

где А — перепад скоростей; обычно определяется в процентах

A = φ – 1 / φ ּ 100%.

Числа оборотов шпинделей металлорежущих станков стандартизованы и назначаются по геометрической прогрессии, знаменатели которой и перепады чисел оборотов стандартизованы (см. табл. 12).

Таблица 12В промышленности применяются металлорежущие станки со ступенчатым и бесступенчатым регулированием чисел оборотов шпинделя и величины подач. Системы бесступенчатого регулирования позволяют устанавливать на станке более выгодные режимы резания, обычно осуществляемые без остановки станка (на ходу). Обслуживание станка с бесступенчатым регулированием легче и позволяет работать без резких ударных нагрузок, что особенно ценно при работе твердосплавным инструментом, плохо выдерживающим удары.

Бесступенчатое регулирование рабочих движении в станках выполняется разными способами: электрическим регулированием — путем изменения числа оборотов вала электродвигателя, который приводит в движение станок; с помощью гидравлического привода, широко применяемого для механизмов с прямолинейным движением и сравнительно редко для вращательного движения; с помощью механических бесступенчатых вариаторов.

Из большого количества типов механических вариаторов практическое применение получили лишь некоторые из них. В качестве примера на рис. 262, ж — и показан вариатор Светозарова с передаточным отношением i1 = 1/2 ÷ 2.

Источник